鐵-碳電極MFCs產(chǎn)電和高氯酸鹽降解性能研究.pdf

1、微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells，MFCs）是以產(chǎn)電微生物的催化降解作用將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能的綠色能源技術(shù)。鐵/碳材料獨(dú)特的吸附和降解性能在水污染治理方面優(yōu)勢(shì)突出，將鐵/碳材料用于MFCs中，在獲得電能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染物的高效治理。
　　本研究將Fe/C顆粒負(fù)載于MFCs陰極和陽(yáng)極上，探究運(yùn)行周期內(nèi)系統(tǒng)的產(chǎn)電量，功率密度以及電極的極化現(xiàn)象，分析Fe/C顆粒作為催化材料使用的可行性。為更好的發(fā)揮鐵/碳材料在地下

2、水污染治理中的優(yōu)勢(shì)，耦合MFCs的產(chǎn)電性能，進(jìn)一步研究了持久性污染物質(zhì)高氯酸鹽（Perchlorate，ClO4-）在MFCs中的降解，探討了單因素實(shí)驗(yàn)中Fe/C顆粒對(duì)ClO4-降解的吸附性能，溶氧條件和最適pH條件，之后將Fe/C顆粒（Fe/C）、鐵片（IS）、鐵粉（Fe0）、空白碳?xì)郑–F）、活性炭（AC）作為MFCs陰極材料構(gòu)建雙室MFCs。在反應(yīng)器運(yùn)行期間，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，停留時(shí)間，不同外阻負(fù)載，周期運(yùn)行后陰陽(yáng)極電勢(shì)，陰陽(yáng)極液p

3、H變化，以及ClO4-和其分解產(chǎn)物的濃度變化進(jìn)行了分析，最后通過(guò)N2吸附-脫附等溫線和X射線光電子能譜（XPS）對(duì)陰極材料的孔徑結(jié)構(gòu)、比表面積和表面元素等進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生著各種復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程，如 MFCs自身產(chǎn)電過(guò)程，陰極材料和 ClO4-污染物之間發(fā)生的吸附、共沉降和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，兩電極間的電勢(shì)和pH變化過(guò)程等。結(jié)果證明在不輸入外部能量，且不需單獨(dú)培養(yǎng)高氯酸鹽還原菌（Perchlorate Reducing Bact

4、eria，PCRB），系統(tǒng)負(fù)載100Ω外阻時(shí)可實(shí)現(xiàn)ClO4-高效去除。在含鐵MFCs系統(tǒng)中Fe/C、IS、Fe0的ClO4-最高去除速率為18.96、10.24、15.84 mg/L/day。非鐵MFCs系統(tǒng)中，CF和AC系統(tǒng)的ClO4-最高去除速率為14.37和19.78 mg/L/day。鐵/碳材料負(fù)載于MFCs陰極載體上能快速降解ClO4-，ClO4-降解產(chǎn)物主要是 Cl-，但是氯的回收率低于理論計(jì)算值，氯回收的不平衡性主要是由于